基于ANSYS有限元分析法的LED结温检测北大核心CSCD

发光二极管(LED)作为第四代照明光源,其发光性能不但和电学特性相关,还受pn结结温的影响。LED的发光效率随着结温的升高而降低,LED的使用寿命也会随之减小。因此对LED结温进行准确检测具有重要的意义。利用Fluke Ti20红外测温摄像仪和ANSYS有限元软件模拟仿真结合的方法来分析LED模块的结温,并与标准电压法测得的结温进行对比。利用该方法获得的仿真结果与电压法实测LED结温值误差小于2%,与红外测温仪实测结果相差不超过5%。实验证实该方法可以作为LED非接触式结温分析的一种有效的工程方法。     

LED结温、热阻构成及其影响

LEDPN结温上升会引起LED光学、电学和热学性能的变化,甚至过高的结温还会导致封装材料(例如环氧树脂)、荧光粉物理性能变坏,LED发光衰变直至失效,因此分析LED结温、热阻构成,如何降低PN结温升,是应用LED的重要关键所在。     

利用发光光谱估计AlGaInP LED结温的新方法

针对常用的正向电压法接触式测量以及峰 值波长法在结温估计前需要定标、峰值波 长与结温近似成线性关系等问题,提出了一种方便和精确的发光二极管(LED)结温非接触测 量方法。通过对 Varshni式和Bose-Einstein式的比较分析,得到Varshni式中常数项α、β与Bose-Einstein式中aB、θD的关 系式,从而建立起峰值波长与结温的非线性关系,同时对四元系材料AlGaInP LED的禁带宽 度公式进行推导,实现利用发光光谱非接触式估计结温的方法。本文方法无需结温估计前的 定标系统,避免由仪器结 构等带来的误差,提高了精度。实验结果表明,利用本文方法推导的Varshni公式中ΔE_g(T)=Eg(0)-E_g(T)的理 论值和实验值最大误差不超过0.003eV,进而 估计的结 温 与实际的结温能够较好吻合,估计误差为2K,且低于由峰值波长法得到的估计误差6K。     

用质心波长表征AlGaInP基LED的结温

为了提高采用光谱参数表征AlGaInP基发光二极 管(LED)结温的准确度,提出了一种采用质心波长表 征结温的方法。采用光谱仪测量恒定电流下、不同衬底温度时,AlGaInP基大功率LED的归一 化光谱功率分布;然后计算质心波长,并 得到质心波长-结温系数;再结合小电流下的质心波长,得到质心波长表征结温的公式 。将5只红色和5只黄色AlGaInP基LED采用质 心波长法、正向电压法、峰值波长和中心波长法得到的结温比较后发现:采用实验室常用 的1nm采样间隔的可见光光谱仪,质心波 长法与作为基准的正向电压法相比,平均误差仅1.24℃,准确度较 高。质心波长与结温成良好的线性关系,而中心波长和峰值波长与结温成阶梯状变化,因此质心波长更适合表征AlGaInP基LED结温。     

LED光源的结温测量方法

分别采用红外热像仪、管脚温度法和Ansys模拟计算法分析测量了LED筒灯的结温。结果表明：管脚测量法能够通过测量管脚的温度,准确地推测出LED芯片的结温。由于这种方法具有非破坏性、精确性、简易性和非接触性,因此可广泛应用于LED结温的测量。测量误差主要取决于封装热阻的误差,而封装热阻是LED灯珠的固有属性,不随着外界温度和散热能力的改变而改变,因此管脚测量法具有通用性。     

大功率白光LED的结温测量

大功率LED器件的结温是其热性能的重要指标之一,温度对LED的可靠性产生重要的影响。采用板上封装的方法,利用大功率芯片结合金属基板封装出了大功率白光LED样品,利用LED光强分布测试仪测试了器件的I—V曲线,用正向电压法测量了器件的温度敏感系数,进而通过测量与计算得到器件的结温和热阻。最后利用有限元对器件进行实体建模,获得了器件的温度场分布。测量结果表明：正向电压与结温有很好的线性关系,温度敏感系数为2mV·℃^-1,LED的结温为80℃,热阻为13℃·W^-1。有限元模拟的结果与实测值具有良好的一致性。     

非接触式LED结温测试

研究和分析了用LED的发光强度来表征LED的相对辐射强度和结温之间存在的线性关系,据此设计并实现了类似于正向电压法,基于相对辐射强度的非接触式测试系统,使用NI USB6210数据采集卡在虚拟仪器平台上完成了图像采集、图像处理、线性拟合、界面设计的任务,得到相对辐射强度值与结温之间的关系,根据线性拟合关系式可得到被测器件的结温。本系统具有界面简洁、算法可靠和结果稳定的优点,使用该系统分别对单颗LED和LED阵列的实验数据进行拟合发现结温和相对辐射强度之间具有较好的线性关系,从而验证了非接触LED结温测试系统的可靠性。     

功率LED结温和热阻在不同电流下性质研究

通过对不同驱动电流下各种颜色LED结温和热阻测量,发现各种颜色LED的热阻值均随驱动电流的增加而变大,其中基于InGaN材料的蓝光和白光LED工作在小于额定电流下时,热阻上升迅速;驱动电流大于额定电流时,热阻上升速率变缓。其他颜色LED热阻随驱动电流变化速率基本不变。结温也随驱动电流的增加而变大。相同驱动电流下,基于AlGaInP材料的1W红色、橙色LED的结温要低于基于InGaN材料的蓝色、绿色、白色LED的结温。分别用正向电压法和红外热像仪法测量了实验室自制的1 mm×1 mm蓝光芯片结温,比较了两种方法的优缺点。结果表明,电学法测量简单快捷,测量结果可以满足要求。     

采用双光谱参数表征GaN基蓝色LED的结温

设计了一种采用双光谱参数表征GaN基蓝色LED结 温的新方法。采用光谱仪(OSA)测量不同环境温度、不同脉冲电流驱动下,GaN基蓝色LED的 光谱分布,先忽略脉冲电流的热效应,构建驱动电流、质心波长 、半高全宽(FWHM)和结温四者之 间的关系;然后利用该关系,结合实际点灯条件下LED的光谱分布,计算出对应的LED结温和 驱动电流。再根据统计 得到的GaN基蓝色LED脉冲电流-结温修正系数,对所得结温进行修正,得到考虑脉冲电流 热效应后更准确的LED结 温。研究表明,不同类型的LED脉冲电流-结温修正系数差别较小,当脉宽为2ms时,1W G aN基蓝色LED的脉冲电 流-结温修正系数为－5℃/A。与正向电压法相比,采用双光谱参数法得到的结温平均误差 约为2℃。因此,双光谱参数法可以 较准确地测量GaN基蓝色LED的结温。     

多芯片贴片式LED器件结温测量

结温是多芯片LED器件热性能的关键参数。以SMD5050 LED器件为例,研究了多芯片贴片式LED器件结温测量方法。SMD5050 LED是一种多芯片贴片式封装的LED器件,器件内封装有3颗芯片,3颗芯片之间并联。根据单芯片LED器件热阻测试原理,模拟SMD5050 LED器件正常工作时的状态,对SMD5050 LED器件的结温进行了测量,并根据LED芯片特性,验证了测量结果的准确性,这种方法适用于封装结构相似的其他多芯片LED器件结温的测量。     

一种基于结温保护的LED驱动设计

将LED结温控制在一定范围是确保LED灯具寿命和发光效率的关键.文中探讨了LED结温的测量方法,提出了通过单片机实时测量LED光源的结温,在结温超出设定值时生成PWM信号调整电源的输出功率.文中给出了采用LM3404与PIC12F675组成的基于结温保护的电源原理图和单片机程序框图.试验表明,基于结温保护的LED驱动,...     

基于相对辐射强度的非接触式LED结温测量法

提出了一种新的非接触式发光二极管(LED)结温测量的相对辐射强度法。利用该方法对不同功率、不同封装材料、不同颜色的LED进行结温测量,并与正向电压法测得的结果进行比较。结果表明,相对辐射强度法能准确地确定其结温,采用硅凝胶封装的大功率LED,误差在4℃以内;而采用环氧树脂封装的直径5mmLED,当其结温不超过80℃时,误差在6℃以内。     

一体化封装LED结温测量与发光特性研究

基于一体化封装基板,制备了大功率白光LED。以低热阻的一体化封装基板为基础,设计了结温测量系统。利用光谱仪测得不同结温下LED的光电参数,并对其机理进行了分析。在工作电流为0.34A,所研究温度范围为10.8～114.9℃。实验结果表明,一体化封装的LED结温与正向电压、光通量、光效和色温有着良好的线性关系;结温的变化对主波长及色坐标影响甚微;结温的上升导致蓝光段强度下降且光谱发生红移,黄光段强度上升且光谱发生宽化,峰值波长由450nm转为550nm。     

大功率LED结温测量及发光特性研究

介绍了基于正向电压法原理自行研制的大功率LED结温测试系统,结温定量测量精度可达±0.5 ℃.利用该系统对不同芯片结构与不同封装工艺的大功率LED热阻进行了测量比较,并对不同结温的大功率LED发光特性进行了研究.结果表明,不同结构芯片温度-电压系数K明显不同;采用热导率更高的粘结材料和共晶焊工艺固定LED芯片,会明显降低封装层次引入的热阻.结温对光辐射功率有直接影响,若保持结温恒定,光辐射功率随电流增大线性增加;若保持外部散热条件不变,热阻大的芯片内部热量积累较快,导致结温上升速度更快,光效随电流增加而下降的趋势也更为严重.     

一种功率芯片结温检测电路的设计

利用半导体PN结压降的固有温度特性,设计了一种可实现功率芯片结温检测控制的电路.在线路参数理论推导的基础上,给出了各元件的选取方法,以及检测元件与被测元件间的工艺实现方案.该电路可用于混合集成电路中功率芯片的结温检测,可产生过温保护电路所需要的触发信号,具有成本低、参数调整方便、检测点数扩展简单等特点.     

一种非接触大功率白光LED结温测量方法

本文以不同色温类型的1W大功率白光LED为研究对象,通过改变工作电流和环境温度,对LED的结温和光谱之间的关系进行了研究。研究结果表明,无论对冷白光LED还是对暖白光LED,无论是电流还是环境温度引起的结温的变化,LED管光谱中白光光谱积分与蓝光光谱积分比值(R=W/B)都随结温呈现线性变化。因此,可以利用LED的辐射光谱进行结温的非接触快速测量是可行的,其最大的优点是不需要破坏器件的封装或LED灯具的整体性,是一种理想的结温测量方法。     

基于积分宽度法测量发光二极管结温方法的研究

本文提出了一种基于光谱积分宽度法来测量发光二极管(light emitting diode, LED)结温的新方法,并进行了理论分析和实验研究。本方法主要分为光谱数据采集、定标函数的测定和结温测量三个过程。首先,为了测量成本的降低和精度的提高而采用在正常工作电流下采集LED光谱数据,并通过采用不同温度下的光谱积分宽度与选定的某一基准状态下的值逐差可得到线性度达0.99以上的定标函数,并通过此定标函数可实时测定任意状态下的结温。其次,为了比较本方法测量结温的精确性,分别对单色和白光LED采用本方法和业界主流的正向电压法,通过自行设计的基于积分宽度法结温测量系统和美国Mentor Graphics公司的T3Ster型仪器的测量结果进行比较,两种方法测出的结温最大偏差为2.1℃,在可接受的误差范围内。实验结果表明积分宽度法测结温具有高效便捷且低成本的的特点,具有一定的应用前景。     

氮化镓基LED结温测量方法研究

分别研究了脉冲电流法、微小电流法和光学成像法测量氮化镓基LED结温的基本原理,并对比了不同方法的结果可靠性。结果表明:在大脉冲电流下,串联电阻效应不可忽略,脉冲电流法得到的平均结温偏低;微小电流法能够减小加热电流和测试电流的切换时间和串联电阻效应,提高测量准确性;光学成像法基于发光强度与结温的依赖关系,能够获得器件温度的空间分布,有助于制备高性能的LED。     

结温对LED的影响及温控技术的研究

不断地提高LED的输入功率与发光效率是实现通用照明的必由之路。大量实践表明,LED不能加大输入功率的基本原因,是由于LED在工作过程中会放出大量的热,使管芯结温迅速上升,输入功率越高,发热效应越大。温度的升高将导致器件性能的变化与衰减,甚至失效。文章就功率器件中的升温效应对性能的影响及如何减小这种升温效应的途径作一些简明的讨论。     

基于顺向电压法的LED接面温度自动测量系统

采用顺向电压法测量LED的接面温度。通过使用数据采集卡,建立高功率LED的自动化接面温度测量系统,并以市场上现有的高功率LED为例进行了测量与对比,建立了高功率LED的I-V特性曲线及其电流—接面温度曲线,最后对测量结果与特性曲线进行了分析讨论。